JP2012012582A - Cyclodextrin-containing polyvinyl alcohol gel, and carrier for immobilizing microorganism and wastewater treatment method each using the same - Google Patents

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博人 山崎
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide cyclodextrin-containing polyvinyl alcohol gel suitable as a carrier for immobilizing microorganisms that simultaneously has an incorporating function of aromatic compounds useful for treatment of aromatic compound-containing wastewater and an excellent adhering function to microorganisms.SOLUTION: The cyclodextrin-containing polyvinyl alcohol gel is obtained by the reaction of polyvinyl alcohol with formaldehyde in the coexistence of cyclodextrin, or is obtained by dispersing a cyclodextrin polymer, which is obtained by the reaction of cyclodextrin with a diisocyanate compound, in polyvinyl alcohol and then by performing a reaction with formaldehyde.

Description

本発明は、排水処理に有用な微生物の固定化のための微生物固定化用担体に関し、特に、芳香族化合物含有排水の処理のために有用な微生物固定化用担体、それを用いた排水処理方法に関するものである。   The present invention relates to a carrier for immobilizing microorganisms for immobilizing microorganisms useful for wastewater treatment, and in particular, a carrier for immobilizing microorganisms useful for treating aromatic compound-containing wastewater, and a wastewater treatment method using the same. It is about.

化学工場などから排出される排水中には、ベンゼン類やフェノール類などの芳香族化合物を含有するものが多い。このような芳香族化合物を含有する排水は、活性炭などの吸着材によって吸着処理したり、活性汚泥法などによって生物処理されることが多い。これにより芳香族化合物が低減された処理排水は、そのまま排出されたり、あるいは処理水として再利用されることもある。しかしながら、活性炭は高価であることから大規模施設から多量に排出される排水の処理ではあまり使用されておらず、比較的小規模施設からの排水処理に適用せざるを得ない。したがって、大規模施設からの排水処理に対しては、生物処理が行われる場合が多い。しかし、芳香族などの有機化合物は、一般に生物処理によって分解、資化され難いため、濃度が低下し難い。そのため、このような芳香族化合物を含む排水の処理には長時間を要したり、大型の装置を設置する必要があり、より迅速・簡便な排水処理方法の開発が望まれている。   Many wastewater discharged from chemical factories contains aromatic compounds such as benzenes and phenols. Wastewater containing such aromatic compounds is often adsorbed with an adsorbent such as activated carbon or biologically treated with an activated sludge method. Thus, the treated wastewater in which the aromatic compound is reduced may be discharged as it is or may be reused as treated water. However, since activated carbon is expensive, it is not used much in the treatment of wastewater discharged in large quantities from large-scale facilities, and must be applied to wastewater treatment from relatively small-scale facilities. Therefore, biological treatment is often performed for wastewater treatment from large-scale facilities. However, since organic compounds such as aromatics are generally difficult to be decomposed and assimilated by biological treatment, the concentration is hardly lowered. Therefore, it takes a long time to treat such wastewater containing aromatic compounds or install a large apparatus, and development of a more rapid and simple wastewater treatment method is desired.

これに対し、排水中に含まれるフェノール類などの有機化合物を吸着除去するため、有機化合物を吸着し包接する作用機能を有するシクロデキストリンを利用する技術として、例えば特許文献1〜4などが提案されている。特許文献1では、少なくとも1つの有機物質、特に(−)ゲオスミン及び(+)2-メチル-イソボルネオール等の悪臭物質を除去するための水の処理方法であって、被処理水を特定の構造を有するシクロデキストリンに接触させて、そこに除去すべき有機物質を包含せしめ、シクロデキストリンから浄化した水を分離している。特許文献2では、フェノール、クレゾール、又はキシレノールを0.1〜30重量%含有する溶媒からこれらのフェノール化合物を除去するに際し、シクロデキストリンモノマーとして、β−シクロデキストリンを含有し、該シクロデキストリンモノマー1モルに対して、ジイソシアネート化合物を6〜12モルで反応されて得られるシクロデキストリンポリマーを接触させている。また、特許文献3では、シクロデキストリンとジイソシアネート化合物を反応させて得られるシクロデキストリンポリマーを、多糖類カルボン酸塩水溶液と混合する工程と、該工程による混合液をハロゲン化アルカリ土類金属塩水溶液に滴下する工程と、を経て製造された球状シクロデキストリンポリマーを使用して、フェノール類を含有する工業排水を処理している。また、特許文献4には、シクロデキストリンを表面に結合させた材料によって構成された微生物固定化担体を用いて排水を浄化する方法も提案されている。   On the other hand, in order to adsorb and remove organic compounds such as phenols contained in wastewater, for example, Patent Documents 1 to 4 have been proposed as techniques using cyclodextrins having an action function of adsorbing and inclusion of organic compounds. ing. Patent Document 1 discloses a water treatment method for removing malodorous substances such as at least one organic substance, in particular (−) geosmin and (+) 2-methyl-isoborneol, in which water to be treated has a specific structure. In contact with the cyclodextrin having the organic substance to be removed, the purified water is separated from the cyclodextrin. In Patent Document 2, when removing these phenol compounds from a solvent containing 0.1 to 30% by weight of phenol, cresol, or xylenol, β-cyclodextrin is contained as a cyclodextrin monomer, and the cyclodextrin monomer 1 The cyclodextrin polymer obtained by reacting the diisocyanate compound at 6 to 12 moles is brought into contact with the mole. Moreover, in patent document 3, the cyclodextrin polymer obtained by making cyclodextrin and a diisocyanate compound react is mixed with polysaccharide carboxylate aqueous solution, and the liquid mixture by this process is made into halogenated alkaline-earth metal salt aqueous solution. An industrial wastewater containing phenols is treated using a spherical cyclodextrin polymer produced through the dropping step. Patent Document 4 also proposes a method for purifying wastewater using a microorganism-immobilized carrier composed of a material having cyclodextrin bonded to the surface.

特表2001−507618号公報JP-T-2001-507618 特許第4090979号公報Japanese Patent No. 4090979 特開2006−83379号公報JP 2006-83379 A 特開2001−149975号公報JP 2001-149975 A

しかしながら、特許文献1のようにシクロデキストリンをそのまま若しくは担体に結合させて用いる方法では、シクロデキストリンが水に溶け易いため処理効率が悪い。これに対し特許文献2や特許文献3では、シクロデキストリンを水に不溶なポリマーに改質しているため、特許文献1や特許文献4のような問題は解消できる。しかし、特許文献2や特許文献3のシクロデキストリンポリマーは、表面の構造が微生物の付着に適していないため、微生物の付着量が少ないという問題がある。   However, in the method in which cyclodextrin is used as it is or bonded to a carrier as in Patent Document 1, the treatment efficiency is poor because cyclodextrin is easily dissolved in water. On the other hand, in patent document 2 and patent document 3, since cyclodextrin is modified into a water-insoluble polymer, problems such as patent document 1 and patent document 4 can be solved. However, the cyclodextrin polymers of Patent Document 2 and Patent Document 3 have a problem that the amount of microorganisms attached is small because the surface structure is not suitable for the attachment of microorganisms.

そこで、本発明は上記課題を解決するものであって、芳香族化合物の取り込み作用(濃縮作用)と優れた微生物の付着作用とを併せ持った微生物固定化用担体、及びこれを用いた高性能な排水処理方法を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention solves the above-mentioned problems, and is a microorganism immobilization carrier having both an aromatic compound uptake action (concentration action) and an excellent microorganism adhesion action, and a high-performance carrier using the same. An object is to provide a wastewater treatment method.

そのための手段として、本発明は次の手段を採る。
(1)ポリビニルアルコールをシクロデキストリンの共存下でホルムアルデヒドと反応させて得られ、ポリビニルアルコール中にシクロデキストリンが共有結合状態で存在する、シクロデキストリン含有ポリビニルアルコールゲル。
(2)ポリビニルアルコールとシクロデキストリンの溶液を、高分子多糖類の存在下で金属イオンを含有する溶液と接触させてゲル化させ、次いで、ホルムアルデヒドと反応させて得られ、ポリビニルアルコール中にシクロデキストリンが共有結合状態で存在する、シクロデキストリン含有ポリビニルアルコールゲル。
(3)ポリビニルアルコール中に、シクロデキストリンとジイソシアネート化合物を反応させて得られるシクロデキストリンポリマーを分散させ、次いで、ホルムアルデヒドと反応させて得られる、シクロデキストリン含有ポリビニルアルコールゲル。
(4)前記ポリビニルアルコールの平均重合度が300〜30,000である、(1)ないし(3)のいずれかに記載のシクロデキストリン含有ポリビニルアルコールゲル。
(5)前記ポリビニルアルコールの平均重合度が500〜10,000である、(1)ないし(3)のいずれかに記載のシクロデキストリン含有ポリビニルアルコールゲル。
(6)(1)ないし(5)のいずれかに記載のシクロデキストリン含有ポリビニルアルコールゲルからなる、微生物固定化用担体。
(7)有機化合物を含有する排水に微生物固定化用担体を接触させて、前記排水中の有機化合物含有率を低減させる排水処理方法であって、前記微生物固定化用担体が、(6)に記載の微生物固定化用担体であることを特徴とする、排水処理方法。
(8)前記有機化合物が芳香族化合物である、(7)に記載の排水処理方法。
(9)前記芳香族化合物がフェノール化合物である、(8)に記載の排水処理方法。
For this purpose, the present invention adopts the following means.
(1) A cyclodextrin-containing polyvinyl alcohol gel obtained by reacting polyvinyl alcohol with formaldehyde in the presence of cyclodextrin, wherein cyclodextrin is present in a covalent bond state in polyvinyl alcohol.
(2) A solution of polyvinyl alcohol and cyclodextrin is gelled by contacting with a solution containing metal ions in the presence of a high molecular polysaccharide and then reacted with formaldehyde. A cyclodextrin-containing polyvinyl alcohol gel in which is present in a covalently bonded state.
(3) A cyclodextrin-containing polyvinyl alcohol gel obtained by dispersing a cyclodextrin polymer obtained by reacting cyclodextrin and a diisocyanate compound in polyvinyl alcohol and then reacting with formaldehyde.
(4) The cyclodextrin-containing polyvinyl alcohol gel according to any one of (1) to (3), wherein the average degree of polymerization of the polyvinyl alcohol is 300 to 30,000.
(5) The cyclodextrin-containing polyvinyl alcohol gel according to any one of (1) to (3), wherein the polyvinyl alcohol has an average degree of polymerization of 500 to 10,000.
(6) A carrier for immobilizing microorganisms comprising the cyclodextrin-containing polyvinyl alcohol gel according to any one of (1) to (5).
(7) A wastewater treatment method for reducing a content of an organic compound in the wastewater by bringing the carrier for immobilizing a microorganism into contact with wastewater containing an organic compound, wherein the carrier for immobilizing a microorganism is (6) A method for treating waste water, which is the carrier for immobilizing microorganisms described above.
(8) The waste water treatment method according to (7), wherein the organic compound is an aromatic compound.
(9) The waste water treatment method according to (8), wherein the aromatic compound is a phenol compound.

本発明によれば、ポリビニルアルコールにシクロデキストリンを共有結合によって導入することにより、あるいは、ポリビニルアルコール中にシクロデキストリンポリマーを分散させることにより、シクロデキストリンが本来的に有する包接作用に基づく有機化合物の取り込み(濃縮作用)効果に加え、ホルマール化ポリビニルアルコールゲルが有する優れた微生物固定化機能も併せ持つことで、排水処理能力の高い微生物固定化用担体を提供することができる。また、本発明の微生物固定化用担体を用いることによって、芳香族化合物等の有機化合物を含む排水を効率的に処理することができ、コンパクトな排水処理システムを提供することができる。さらに、連続的に排水処理を行う際に発生する余剰汚泥を低減することが可能となり、本発明の排水処理方法は非常に有用である。   According to the present invention, by introducing cyclodextrin into polyvinyl alcohol by covalent bond, or by dispersing cyclodextrin polymer in polyvinyl alcohol, the organic compound based on the inclusion action inherent in cyclodextrin is obtained. In addition to the uptake (concentration effect) effect, it also has an excellent microbial immobilization function possessed by the formalized polyvinyl alcohol gel, thereby providing a microorganism immobilization carrier having a high wastewater treatment capacity. Moreover, by using the carrier for immobilizing microorganisms of the present invention, wastewater containing organic compounds such as aromatic compounds can be treated efficiently, and a compact wastewater treatment system can be provided. Furthermore, it becomes possible to reduce the excess sludge generated when continuously performing wastewater treatment, and the wastewater treatment method of the present invention is very useful.

実施形態1のCD含有PVAゲルの模式図である。1 is a schematic diagram of a CD-containing PVA gel of Embodiment 1. FIG. 実施例1で得られたβ−CD含有PVA含水ゲルの固体13C−NMRスペクトルである。3 is a solid 13 C-NMR spectrum of the β-CD-containing PVA water-containing gel obtained in Example 1. 試験例2(フェノール分解試験)におけるフェノール濃度の経時変化を示すグラフである。It is a graph which shows the time-dependent change of the phenol concentration in Test Example 2 (phenol decomposition test). 本発明の排水処理システムを示す概略図である。It is the schematic which shows the waste water treatment system of this invention.

(実施形態1−1)
本発明のシクロデキストリン含有ポリビニルアルコールゲルは、ポリビニルアルコール(以下PVAと略記することもある)をシクロデキストリン(以下CDと略記することもある)の共存下でホルムアルデヒドと反応させることによって得られる。これにより、図1に示すように、PVAにCDが共有結合によって導入されたCD含有PVAゲルとなる。
(Embodiment 1-1)
The cyclodextrin-containing polyvinyl alcohol gel of the present invention is obtained by reacting polyvinyl alcohol (hereinafter sometimes abbreviated as PVA) with formaldehyde in the presence of cyclodextrin (hereinafter also abbreviated as CD). As a result, as shown in FIG. 1, a CD-containing PVA gel in which CD is introduced into PVA by covalent bonding is obtained.

本発明で用いられるポリビニルアルコールは、酢酸ビニルモノマーを重合したり、ポリ酢酸ビニルを鹸化するなど公知の方法にて得ることができるが、重合する場合は、通常平均重合度が300〜30,000の範囲のものが使用され、好ましくは500〜10,000の範囲のものであり、より好ましくは1,000〜5,000の範囲のものであり、特に好ましくは1,000〜2,000の範囲のものである。平均重合度が過度に大きいと溶媒に対する溶解度が低下してシクロデキストリンの含有量が少なくなる場合があり、過度に小さいと十分な強度のゲルが得られない場合があるからである。   The polyvinyl alcohol used in the present invention can be obtained by a known method such as polymerization of a vinyl acetate monomer or saponification of polyvinyl acetate. However, in the case of polymerization, the average degree of polymerization is usually 300 to 30,000. In the range of 500 to 10,000, preferably in the range of 1,000 to 5,000, particularly preferably in the range of 1,000 to 2,000. Is in range. This is because if the average degree of polymerization is excessively large, the solubility in the solvent may be reduced and the content of cyclodextrin may be decreased, and if it is excessively small, a gel having sufficient strength may not be obtained.

本発明において用いられるシクロデキストリンとしては、グルコースユニット数が6個のα−シクロデキストリン(以下α−CDと略記することもある)、7個のβ−シクロデキストリン(以下β−CDと略記することもある)、8個のγ−シクロデキストリン(以下γ−CDと略記することもある)などが挙げられ、中でも、β−シクロデキストリンが好適である。これらのシクロデキストリンはそれぞれ単独でもしくは2種以上組み合わせて使用することができる。   As the cyclodextrin used in the present invention, α-cyclodextrin having 6 glucose units (hereinafter sometimes abbreviated as α-CD), 7 β-cyclodextrin (hereinafter abbreviated as β-CD). And γ-cyclodextrin (hereinafter sometimes abbreviated as γ-CD), etc., among which β-cyclodextrin is preferred. These cyclodextrins can be used alone or in combination of two or more.

さらに、シクロデキストリンは、他の官能基の付加により修飾されたものであってもよい。例えば、炭素原子数1〜4の低級アルキル基、炭素原子数8〜20の長鎖脂肪族基のいずれか、あるいはヒドロキシアルキル基、スルホン基、アルキルスルホン基などによって置換されているシクロデキストリンなどが挙げられる。   Furthermore, the cyclodextrin may be modified by addition of other functional groups. For example, a cyclodextrin substituted with any of a lower alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, a long-chain aliphatic group having 8 to 20 carbon atoms, or a hydroxyalkyl group, a sulfone group, an alkylsulfone group, or the like. Can be mentioned.

本発明のポリビニルアルコールとシクロデキストリンの使用量としては、ポリビニルアルコールに対するシクロデキストリンの重量比(PVA/CD)が0.05〜20倍量の範囲であり、好ましくは0.1〜10倍量であり、さらに好ましくは0.5〜10倍量、特に好ましくは0.5〜5倍量の範囲である。CDの使用量が過度に小さいと得られる含水ゲルのCDの含有量が少なくて有機化合物の取り込み量が低下することで、排水の処理効率が低下する。また、CDの使用量がポリビニルアルコールに対して過度に大きくても含水ゲルとしての弾性が失われ脆くなるので、上記範囲とするのが好ましい。   The use amount of the polyvinyl alcohol and cyclodextrin of the present invention is such that the weight ratio (PVA / CD) of cyclodextrin to polyvinyl alcohol is in the range of 0.05 to 20 times, preferably 0.1 to 10 times. More preferably 0.5 to 10 times, particularly preferably 0.5 to 5 times. When the amount of CD used is excessively small, the amount of CD contained in the resulting hydrogel is small, and the amount of organic compounds taken up decreases, resulting in a reduction in wastewater treatment efficiency. Moreover, since the elasticity as a water-containing gel is lost and it becomes weak even if the usage-amount of CD is too large with respect to polyvinyl alcohol, it is preferable to set it as the said range.

本発明のホルムアルデヒドの使用量としては、ポリビニルアルコールに対して(ホルムアルデヒド/PVA)、通常0.1〜20倍量(重量比)であり、好ましくは1〜20倍量であり、特に好ましくは2.5〜15倍量である。ホルムアルデヒドの使用量が過度に小さいと、得られる含水ゲルのCDの含有量が減少してPVAの架橋も減少するため、効果的な含水ゲル担体が得られない。また、ホルムアルデヒドの使用量が過度に大きくても、含水ゲルの物性の向上効果が頭打ちとなってコストの無駄となるので、上記範囲とするのが好ましい。なお、ホルムアルデヒドは、ホルマリンのような水溶液やパラホルムアルデヒドのような固形物など適宜選択して使用される。   The amount of formaldehyde used in the present invention is usually 0.1 to 20 times (weight ratio), preferably 1 to 20 times, particularly preferably 2 with respect to polyvinyl alcohol (formaldehyde / PVA). .5 to 15 times the amount. If the amount of formaldehyde used is too small, the CD content of the resulting hydrogel is reduced and the cross-linking of PVA is also reduced, so that an effective hydrogel carrier cannot be obtained. Further, even if the amount of formaldehyde used is excessively large, the effect of improving the properties of the water-containing gel reaches its peak and the cost is wasted, so the above range is preferable. In addition, formaldehyde is appropriately selected from an aqueous solution such as formalin and a solid material such as paraformaldehyde.

シクロデキストリンの共存下でのポリビニルアルコールとホルムアルデヒドとの反応は、溶媒中で、酸触媒の存在下で行われる。   The reaction between polyvinyl alcohol and formaldehyde in the presence of cyclodextrin is carried out in a solvent in the presence of an acid catalyst.

反応溶媒としては、反応に関与せず、反応基質をある程度溶解するものであれば特に限定されないが、例えば水;メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノールのようなアルコール類;ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミドのような極性有機溶媒;及びこれらの混合溶媒が用いられる。中でも、好ましくは水、アルコール類または水・アルコール混合溶媒であり、特に好ましくは水である。   The reaction solvent is not particularly limited as long as it does not participate in the reaction and dissolves the reaction substrate to some extent. For example, water; alcohols such as methanol, ethanol, propanol, and butanol; dimethyl sulfoxide, dimethylformamide, etc. Polar organic solvents; and mixed solvents thereof are used. Among these, water, alcohols, or a water / alcohol mixed solvent is preferable, and water is particularly preferable.

酸触媒としては、硫酸、塩酸、硝酸、リン酸のような無機酸や、酢酸、メタンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、トルエンスルホン酸のような有機酸が挙げられる。中でも、好ましくは硫酸、リン酸、メタンスルホン酸であり、特に好ましくは、硫酸である。   Examples of the acid catalyst include inorganic acids such as sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid, and phosphoric acid, and organic acids such as acetic acid, methanesulfonic acid, benzenesulfonic acid, and toluenesulfonic acid. Among these, sulfuric acid, phosphoric acid, and methanesulfonic acid are preferable, and sulfuric acid is particularly preferable.

反応温度としては、通常、室温〜200℃の範囲であり、好ましくは40〜150℃であり、特に好ましくは40〜120℃の範囲である。   As reaction temperature, it is the range of room temperature-200 degreeC normally, Preferably it is 40-150 degreeC, Especially preferably, it is the range of 40-120 degreeC.

反応時間としては、反応温度により異なるが、通常、30分〜24時間の範囲であり、好ましくは1時間〜12時間であり、特に好ましくは1時間〜6時間である。   The reaction time varies depending on the reaction temperature, but is usually in the range of 30 minutes to 24 hours, preferably 1 hour to 12 hours, and particularly preferably 1 hour to 6 hours.

かくして得られたシクロデキストリン含有PVAゲルは、所望の形に成形または成型され、微生物固定化用担体として用いられる。   The cyclodextrin-containing PVA gel thus obtained is molded or molded into a desired shape and used as a carrier for immobilizing microorganisms.

(実施形態1−2)
シクロデキストリンの共存下でのポリビニルアルコールとホルムアルデヒドとの反応は、実施形態1−1のように一段で行うこともできるが、以下のように二段に分けて行いこともできる。すなわち、まず、シクロデキストリンとポリビニルアルコールの溶液に水溶性高分子多糖類を加えた後、金属イオンを含む溶液と接触させて、球状や棒状など所望の形状のゲルを生成させ、次いで、得られたゲルをホルムアルデヒドと実施形態1−1と同様に反応させることによって行われる。
(Embodiment 1-2)
The reaction of polyvinyl alcohol and formaldehyde in the presence of cyclodextrin can be performed in one step as in Embodiment 1-1, but can also be performed in two steps as follows. That is, first, a water-soluble polymer polysaccharide is added to a solution of cyclodextrin and polyvinyl alcohol, and then contacted with a solution containing metal ions to form a gel of a desired shape such as a spherical shape or a rod shape, and then obtained. The gel is reacted with formaldehyde in the same manner as in Embodiment 1-1.

上記水溶性高分子多糖類は、水溶性であり且つ水性媒体中で金属イオンと接触したときに水に不溶性または難溶性のゲルに変化する能力のある高分子多糖類であって、一般に約3,000〜約2,000,000、特に約5,000〜約1,500,000の範囲内の数平均分子量を有する。また、金属イオンと接触させる前の水溶性の状態で、通常少なくとも約10g/L(25℃)以上の溶解度を示すものが好適に使用される。   The water-soluble polymer polysaccharide is a polymer polysaccharide that is water-soluble and has the ability to turn into a water-insoluble or sparingly soluble gel when contacted with metal ions in an aqueous medium. Having a number average molecular weight in the range of from about 5,000 to about 2,000,000, especially from about 5,000 to about 1,500,000. Moreover, what shows the solubility of at least about 10 g / L (25 degreeC) or more normally in the water-soluble state before making it contact with metal ion is used suitably.

かかる特性を持つ水溶性高分子多糖類としては、例えばアルギン酸のアルカリ金属塩、カラギ−ナン、ペクチン酸のアルカリ金属塩、セルロースグリコール酸のアルカリ金属塩などが挙げられる。中でも、好ましくはアルギン酸のアルカリ金属塩(好ましくは、ナトリウム塩)である。   Examples of the water-soluble polymeric polysaccharide having such properties include an alkali metal salt of alginic acid, carrageenan, an alkali metal salt of pectic acid, an alkali metal salt of cellulose glycolic acid, and the like. Among these, an alkali metal salt of alginic acid (preferably a sodium salt) is preferable.

水溶性高分子多糖類をゲル化させる金属イオンとしては、カリウムイオン、ナトリウムイオンなどのアルカリ金属イオンや、マグネシウムイオン、カルシウムイオン、ストロンチウムイオン、バリウムイオン、アルミニウムイオン、セリウムイオン、ニッケルイオンなどの多価金属イオンが挙げられる。アルギン酸のアルカリ金属塩の場合は、好ましくはマグネシウムイオン、カルシウムイオンであり、より好ましくはカルシウムイオンである。カラギ−ナンの場合は、好ましくはカリウムイオン、ナトリウムイオンである。   Examples of metal ions that gel water-soluble polymer polysaccharides include alkali metal ions such as potassium ions and sodium ions, and magnesium ions, calcium ions, strontium ions, barium ions, aluminum ions, cerium ions, and nickel ions. A valent metal ion is mentioned. In the case of an alkali metal salt of alginic acid, magnesium ions and calcium ions are preferable, and calcium ions are more preferable. In the case of carrageenan, potassium ion and sodium ion are preferred.

ゲル化が起こるアルカリ金属イオンまたは多価金属イオンの濃度は、水溶性高分子多糖類の種類などにより異なるが、一般的には0.01〜5mol/L、好ましくは0.1〜1mol/Lの範囲内である。これらの水溶性高分子多糖類は、それぞれ単独でもしくは2種類以上組み合わせて使用することができる。   The alkali metal ion or polyvalent metal ion concentration at which gelation occurs varies depending on the type of water-soluble polymeric polysaccharide, but is generally 0.01 to 5 mol / L, preferably 0.1 to 1 mol / L. Is within the range. These water-soluble polymer polysaccharides can be used alone or in combination of two or more.

シクロデキストリンとポリビニルアルコールの溶液に水溶性高分子多糖類を加えた混合物を、金属イオンを含む溶液と接触させて、球状や棒状など所望の形状のゲルを生成させる方法としては、例えば、注射器の先端からシクロデキストリン、ポリビニルアルコールおよび水溶性高分子多糖類の混合溶液を金属イオンを含む溶液中に滴下する方法;遠心力を利用して該混合溶液を粒状に飛散させる方法;スプレーノズルの先端から該混合溶液を霧化して粒状とし滴下する方法などの方法により行うことができる。また、該混合溶液の金属イオン溶液への注加は、所望の孔径のノズル口から細い液流として連続的に供給することによって行うことができる。液滴の大きさは、最終の粒状固定化物に望まれる粒径に応じて自由に変えることができるが、滴下法では、直径が通常約0.1〜約5mm、好ましくは約0.5〜約4mmの範囲内の液滴として滴下させるのが、また、注加法では通常約0.5〜3cmの範囲内の液滴とするのが、好都合である。   As a method of bringing a mixture of a solution of cyclodextrin and polyvinyl alcohol and a water-soluble polymer polysaccharide into contact with a solution containing metal ions to form a gel having a desired shape such as a spherical shape or a rod shape, for example, A method in which a mixed solution of cyclodextrin, polyvinyl alcohol and water-soluble polymer polysaccharide is dropped into a solution containing metal ions from the tip; a method in which the mixed solution is dispersed in a granular form using centrifugal force; from the tip of a spray nozzle It can be carried out by a method such as a method of atomizing the mixed solution into a granular form and dropping it. Further, the mixed solution can be poured into the metal ion solution by continuously supplying it as a thin liquid flow from a nozzle opening having a desired hole diameter. The size of the droplet can be freely changed depending on the particle size desired for the final granular fixed product, but in the dropping method, the diameter is usually about 0.1 to about 5 mm, preferably about 0.5 to It is convenient to drop the liquid droplets in the range of about 4 mm, and in the case of the pouring method, the liquid droplets are usually in the range of about 0.5 to 3 cm.

かくして得られた所望の形状のゲルは、次いで、実施形態1−1と同様にホルムアルデヒドと反応させることによって、水に実質的に不溶性で機械的強度の大きいシクロデキストリン含有PVAゲルとなり、そのまま微生物菌体固定化用成形物として使用することができる。   The gel of the desired shape thus obtained is then reacted with formaldehyde in the same manner as in Embodiment 1-1 to become a cyclodextrin-containing PVA gel that is substantially insoluble in water and has high mechanical strength, and is directly microbial. It can be used as a molded article for body fixation.

(実施形態2)
また、本発明のシクロデキストリン含有PVAゲルは、PVA溶液中にシクロデキストリンポリマーを分散させ、次いで、ホルムアルデヒドと反応させることによって得られる。球状や棒状など所望の形状のシクロデキストリン含有PVA組成物を得る場合には、シクロデキストリンポリマーを分散させたPVA溶液に、実施形態1の成形方法と同様にして、水溶性高分子多糖類を加え、金属イオンを含む溶液と接触させて、所望の形状に成型した後、ホルムアルデヒドと反応させることによって行われる。なお、ホルムアルデヒドとの反応は実施形態1のシクロデキストリン含有PVAゲルの場合と同様な条件で行われる。
(Embodiment 2)
The cyclodextrin-containing PVA gel of the present invention is obtained by dispersing a cyclodextrin polymer in a PVA solution and then reacting with formaldehyde. When obtaining a cyclodextrin-containing PVA composition having a desired shape such as a spherical shape or a rod shape, a water-soluble polymer polysaccharide is added to the PVA solution in which the cyclodextrin polymer is dispersed in the same manner as in the molding method of the first embodiment. It is performed by contacting with a solution containing metal ions to form a desired shape and then reacting with formaldehyde. In addition, reaction with formaldehyde is performed on the same conditions as the case of the cyclodextrin containing PVA gel of Embodiment 1.

PVAとシクロデキストリンポリマーの使用量としては、通常、PVA/シクロデキストリンポリマー(重量比)が0.1〜30倍量の範囲であり、好ましくは0.5〜20倍量であり、さらに好ましくは、1〜10倍量であり、特に好ましくは1〜5倍量の範囲である。シクロデキストリンポリマーの使用量が過度に小さいと得られる含水ゲルのCDの含有量が少なく、効果的な含水ゲル担体が得られない場合がある。シクロデキストリンポリマーの使用量がポリビニルアルコールに対して過度に大きくても、含水ゲルが脆くなるので、上記範囲とするのが好ましい。   The amount of PVA and cyclodextrin polymer used is usually 0.1 to 30 times the amount of PVA / cyclodextrin polymer (weight ratio), preferably 0.5 to 20 times, and more preferably 1 to 10 times the amount, particularly preferably 1 to 5 times the amount. If the amount of the cyclodextrin polymer used is excessively small, the CD content of the obtained hydrogel is small, and an effective hydrogel carrier may not be obtained. Even if the amount of the cyclodextrin polymer used is excessively large relative to the polyvinyl alcohol, the hydrogel becomes brittle, so the above range is preferable.

上記シクロデキストリンポリマーは、シクロデキストリンとジイソシアネート化合物を反応させて得られるポリマーであり、例えば特許第4090979号公報に記載の方法によって製造される。   The cyclodextrin polymer is a polymer obtained by reacting cyclodextrin and a diisocyanate compound, and is produced, for example, by the method described in Japanese Patent No. 4090979.

使用するジイソシアネートとしては、通常よく知られている芳香族、脂肪族および環式脂肪族ジイソシアネートや、高官能性もしくは高分子ジイソシアネートである。中でも、好ましくは芳香族ジイソシアネートおよび脂肪族ジイソシアネートであり、より好ましくは脂肪族ジイソシアネートである。具体的には、1,5−ナフチレンジイソシアネート、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート、4,4’−ジフェニルジメチルメタンジイソシアネート、4,4’−ジベンジルジイソシアネート、テトラアルキルジフェニルメタンジイソシアネート、1,3−フェニレンジイソシアネート、1,4−フェニレンジイソシアネート、2,6−トリレンジイソシアネート、2,4−トリレンジイソシアネート、ブタン−1,4−ジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、2,2,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、2,4,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、シクロヘキサン−1,4−ジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタン−4,4’−ジイソシアネート、1,3−ビス(イソシアネートメチル)シクロヘキサン、メチルシクロヘキサンジイソシアネートおよびその誘導体が挙げられる。中でも、好ましくは2,4−トリレンジイソシアネート(以下、TDIと略記することもある)、4,4−ジフェニルメタンジイソシアネート(以下、MDIと略記することもある)、ヘキサメチレンジイソシアネート(以下、HDIと略記することもある)が挙げられる。より好ましくは、ヘキサメチレンジイソシアネートである。   Examples of the diisocyanate to be used include aromatic, aliphatic and cycloaliphatic diisocyanates which are generally well known and high-functional or high-molecular diisocyanates. Among them, preferred are aromatic diisocyanates and aliphatic diisocyanates, and more preferred are aliphatic diisocyanates. Specifically, 1,5-naphthylene diisocyanate, 4,4′-diphenylmethane diisocyanate, 4,4′-diphenyldimethylmethane diisocyanate, 4,4′-dibenzyl diisocyanate, tetraalkyldiphenylmethane diisocyanate, 1,3-phenylene Diisocyanate, 1,4-phenylene diisocyanate, 2,6-tolylene diisocyanate, 2,4-tolylene diisocyanate, butane-1,4-diisocyanate, hexamethylene diisocyanate, 2,2,4-trimethylhexamethylene diisocyanate, 2, 4,4-trimethylhexamethylene diisocyanate, cyclohexane-1,4-diisocyanate, xylylene diisocyanate, isophorone diisocyanate, dicyclohexylmethane , 4'-diisocyanate, 1,3-bis (isocyanatomethyl) cyclohexane, methylcyclohexane diisocyanate and derivatives thereof. Among them, preferably 2,4-tolylene diisocyanate (hereinafter sometimes abbreviated as TDI), 4,4-diphenylmethane diisocyanate (hereinafter sometimes abbreviated as MDI), hexamethylene diisocyanate (hereinafter abbreviated as HDI). May be included). More preferred is hexamethylene diisocyanate.

シクロデキストリンとジイソシナネート化合物の使用量は、CD1モルに対し、ジイソシアネート3〜24モルである。好ましくは、CD1モルに対し、ジイソシアネートが4〜16モル、さらに好ましくは6〜12モル、特に好ましくは8〜10モルである。ジイソシアネートの使用量が3モルより小さいと、シクロデキストリンポリマーの収率が低く、使用に耐えられる強い強度のシクロデキストリンポリマーが得られないことがあるので、上記範囲とするのが好ましい。   The usage-amount of a cyclodextrin and a diisocyanate compound is 3-24 mol of diisocyanate with respect to 1 mol of CD. Preferably, the amount of diisocyanate is 4 to 16 mol, more preferably 6 to 12 mol, and particularly preferably 8 to 10 mol, relative to 1 mol of CD. When the amount of diisocyanate used is less than 3 mol, the yield of cyclodextrin polymer is low, and a strong cyclodextrin polymer that can withstand use may not be obtained.

シクロデキストリンとジイソシナネート化合物との反応条件は特に制限はなく、通常の範囲内で実施される。具体的には、30〜150℃、好ましくは50〜100℃の温度範囲で、0.5〜10時間程度である。なお、反応は、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシドのような溶媒中で行うこともできる。   The reaction conditions for the cyclodextrin and diisocyanate compound are not particularly limited, and the reaction is performed within a normal range. Specifically, it is about 0.5 to 10 hours in a temperature range of 30 to 150 ° C, preferably 50 to 100 ° C. The reaction can also be performed in a solvent such as dimethylformamide or dimethyl sulfoxide.

さらに、必要に応じて遷移金属化合物触媒やアミン触媒を添加してもよい。遷移金属化合物触媒としては、例えばチタンテトラブトキシド、ジブチルスズオキシド、ジラウリン酸ジブチルスズ、2−エチルカプロン酸スズ、ナフテン酸亜鉛、ナフテン酸コバルト、2−エチルカプロン酸亜鉛、グリコール酸モリブデン、塩化鉄、塩化亜鉛などが挙げられる。アミン触媒としては、例えばトリエチルアミン、トリブチルアミン、トリエチレンジアミン、ベンジルジブチルアミンなどが挙げられる。反応は、通常、窒素やアルゴンなどの不活性ガス雰囲気下で行うことが好ましいが、乾燥空気雰囲気下や密閉条件下など水分が混入しない条件下であれば何ら問題はない。   Furthermore, you may add a transition metal compound catalyst and an amine catalyst as needed. Examples of the transition metal compound catalyst include titanium tetrabutoxide, dibutyltin oxide, dibutyltin dilaurate, tin 2-ethylcaproate, zinc naphthenate, cobalt naphthenate, zinc 2-ethylcaproate, molybdenum glycolate, iron chloride, zinc chloride. Etc. Examples of the amine catalyst include triethylamine, tributylamine, triethylenediamine, benzyldibutylamine and the like. Usually, the reaction is preferably carried out in an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon, but there is no problem as long as no moisture is mixed in such as a dry air atmosphere or a sealed condition.

得られたシクロデキストリンポリマーは、そのまま使用しても問題はないが、細かく粉砕して使用するのが好ましい。粉砕して得られる粒子径の大きさは、100μm以下が好ましく、80μm以下がさらに好ましい。下限は特に限定されないが、現実的には1μm程度である。   The obtained cyclodextrin polymer may be used as it is, but it is preferable to use it after finely pulverizing it. The particle size obtained by pulverization is preferably 100 μm or less, more preferably 80 μm or less. Although a minimum is not specifically limited, Actually, it is about 1 micrometer.

<微生物固定化用担体>
上記実施形態1,2によって製造される本発明のシクロデキストリン含有PVAゲルは、微生物固定化用担体として極めて有用であリ、シクロデキストリンの包接作用によって芳香族化合物などの有機化合物を担体内部まで取り込むことができると共に、ホルマール化ポリビニルアルコールに基づく構造が特に微生物の付着に適しており、有機化合物を分解する微生物を大量に付着させることができる。
<Carrier for immobilizing microorganisms>
The cyclodextrin-containing PVA gel of the present invention produced according to Embodiments 1 and 2 is extremely useful as a carrier for immobilizing microorganisms, and organic compounds such as aromatic compounds are brought into the carrier by the inclusion action of cyclodextrin. In addition to being able to be incorporated, the structure based on formalized polyvinyl alcohol is particularly suitable for the attachment of microorganisms and can attach a large amount of microorganisms that decompose organic compounds.

該担体に付着させうる微生物は特に制限はなく、嫌気性微生物、好気性微生物のどちらでも用いることができる。微生物の種類としては、例えば、アスペルギルス属、ペニシリウム属、フザリウム属などのカビ類;サッカロミセス属、ファフィア属、カンジダ属などの酵母類;大腸菌、シュードモナス属、ニトロソモナス属、ニトロバクター属、パラコッカス属、ビブリオ属、メタノサルシナ属、バチルス属などの細菌類などを挙げることができる。これらのうち、工業排水を処理する場合は、芳香族化合物、特にフェノール化合物の分解菌として有用なシュードモナス属、アシネトバクター属、アルカリゲネス属、ロドコッカス属などを好適に使用することができる。   The microorganisms that can be attached to the carrier are not particularly limited, and any of anaerobic microorganisms and aerobic microorganisms can be used. Examples of microorganisms include, for example, molds such as Aspergillus, Penicillium, and Fusarium; yeasts such as Saccharomyces, Phaffia, and Candida; Escherichia coli, Pseudomonas, Nitrosomonas, Nitrobacter, Paracoccus, Examples include bacteria such as Vibrio, Methanosarcina, and Bacillus. Among these, when treating industrial wastewater, Pseudomonas spp., Acinetobacter spp., Alcigenes spp.

本発明の微生物固定化用担体は、常法により微生物を付着・固定させ、例えば図4に示すように、排水処理を行う各種設備で使用することができる。使用の条件などは特に限定されず、排水と接触可能な状態で設置する限り、従来の固定化担体の使用に従うことができる。本発明の担体は、排水処理を行う際には、担体養生として事前に汚泥等から微生物を付着させ使用することができる。   The carrier for immobilizing microorganisms of the present invention can be used in various facilities for attaching and immobilizing microorganisms by a conventional method and performing wastewater treatment, for example, as shown in FIG. The conditions for use are not particularly limited, and the conventional immobilization carrier can be used as long as it is installed in a state where it can come into contact with drainage. The carrier of the present invention can be used by attaching microorganisms from sludge or the like in advance as carrier curing when performing wastewater treatment.

本発明の対象となり得る芳香族化合物含有排水としては、シクロデキストリンが包接できる芳香族化合物を含む排水であれば特に限定されないが、例えば、フェノール、クレゾール、エチルフェノール、イソプロピルフェノール、tert−ブチルフェノール、sec−ブチルフェノール、アリルフェノール、キシレノール、クロロフェノール、ナフタレン、2-メチルナフタレン、2-クロロナフタレン、1-ナフトール、2-ナフトール、アセナフテン、ピレン、ピレンスルホン酸ナトリウム、アセナフテン、アズレン、1-シアノナフタレン、ペリレン等を含む排水が挙げられる。中でも、好ましくはフェノール、クレゾール、エチルフェノール、イソプロピルフェノール、tert−ブチルフェノール、sec−ブチルフェノール、アリルフェノール、キシレノール、クロロフェノール等のフェノール化合物を含む排水であり、より好ましくはフェノール、クレゾール、イソプロピルフェノール、キシレノールを含む排水であり、特に好ましくはフェノール含有排水である。   The aromatic compound-containing wastewater that can be an object of the present invention is not particularly limited as long as it contains an aromatic compound that can be included by cyclodextrin. For example, phenol, cresol, ethylphenol, isopropylphenol, tert-butylphenol, sec-butylphenol, allylphenol, xylenol, chlorophenol, naphthalene, 2-methylnaphthalene, 2-chloronaphthalene, 1-naphthol, 2-naphthol, acenaphthene, pyrene, sodium pyrenesulfonate, acenaphthene, azulene, 1-cyanonaphthalene, The waste water containing perylene etc. is mentioned. Among them, preferred is waste water containing phenol compounds such as phenol, cresol, ethylphenol, isopropylphenol, tert-butylphenol, sec-butylphenol, allylphenol, xylenol, chlorophenol, and more preferably phenol, cresol, isopropylphenol, xylenol. Wastewater containing water, particularly preferably phenol-containing wastewater.

芳香族化合物含有排水の濃度としては特に制限はないが、好ましくは10g/L以下の濃度であり、より好ましくは5g/L以下の濃度である。従って、排水中の芳香族化合物の濃度が高い場合には、適宜希釈して適用される。   Although there is no restriction | limiting in particular as a density | concentration of an aromatic compound containing waste_water | drain, Preferably it is a density | concentration of 10 g / L or less, More preferably, it is a density | concentration of 5 g / L or less. Accordingly, when the concentration of the aromatic compound in the waste water is high, it is appropriately diluted and applied.

以下、実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。なお、本発明は、これら実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. The present invention is not limited to these examples.

(実施例1)
1−1 PVA水溶液の調製
PVAペレット(平均重合度1700、ケン化度99.8mol%)8gを水92g中に投入し、ペレットが底に溜まらない程度の速さで撹拌し、ペレットを膨潤させた。この混合物を80〜90℃にてPVAペレットが溶解するまで約30〜60分間加熱した。次いで、撹拌下で50℃以下まで冷却してPVA水溶液を調製した。
Example 1
1-1 Preparation of PVA aqueous solution 8 g of PVA pellets (average polymerization degree 1700, saponification degree 99.8 mol%) are put into 92 g of water and stirred at such a speed that the pellets do not accumulate at the bottom to swell the pellets. It was. The mixture was heated at 80-90 ° C. for about 30-60 minutes until the PVA pellets dissolved. Subsequently, it cooled to 50 degrees C or less under stirring, and prepared PVA aqueous solution.

1−2 β−CD含有PVA球状含水ゲルの合成
上記で得られたPVA水溶液10gにβ−CD粉末0.8gを溶解させ、次いで、3wt%アルギン酸ナトリウム水溶液3.3g(PVA水溶液:3wt%アルギン酸ナトリウム水溶液=3:1(wt/wt))を加えた。得られた溶液を10mLの注射器を用いて10%塩化カルシウム水溶液上に滴下し、球状化した。得られた球状ゲルを10wt%塩化カルシウム水溶液中で30〜60秒程度侵漬し、固液分離後、軽く水洗した。次いで、球状ゲルをホルムアルデヒド80g/L、硫酸200g/L、硫酸ナトリウム150g/Lを含んだ水溶液100mLに投入し、80℃にて3時間撹拌した。冷却後、固液分離し、水洗し、次いで、0.5%炭酸水素ナトリウム水溶液100mL中で1昼夜撹拌した。固液分離後、水洗して、β−CD含有PVA含水ゲルを得た。実施例1で得られたβ−CD含有PVA含水ゲルの固体13C−NMRスペクトルを、図2に示す。これによりPVAゲルへのβ−CDの導入が確認できる。
1-2 Synthesis of β-CD-containing PVA spherical hydrous gel 0.8 g of β-CD powder was dissolved in 10 g of the PVA aqueous solution obtained above, and then 3.3 g of 3 wt% sodium alginate aqueous solution (PVA aqueous solution: 3 wt% alginate) Sodium aqueous solution = 3: 1 (wt / wt)) was added. The obtained solution was dropped onto a 10% aqueous calcium chloride solution using a 10 mL syringe and spheroidized. The obtained spherical gel was immersed in a 10 wt% calcium chloride aqueous solution for about 30 to 60 seconds, and after solid-liquid separation, lightly washed with water. Next, the spherical gel was put into 100 mL of an aqueous solution containing 80 g / L of formaldehyde, 200 g / L of sulfuric acid, and 150 g / L of sodium sulfate, and stirred at 80 ° C. for 3 hours. After cooling, it was separated into solid and liquid, washed with water, and then stirred in 100 mL of 0.5% aqueous sodium hydrogen carbonate solution for one day. After solid-liquid separation, it was washed with water to obtain a β-CD-containing PVA water-containing gel. The solid 13 C-NMR spectrum of the β-CD-containing PVA water-containing gel obtained in Example 1 is shown in FIG. Thereby, the introduction of β-CD into the PVA gel can be confirmed.

(実施例2〜36)
表1で示したようにβ−CDの使用割合、ホルムアルデヒドの使用割合、反応温度を変えて、実施例1に準じてβ−CD含有PVA含水ゲルを合成した。
(Examples 2-36)
As shown in Table 1, a β-CD-containing PVA hydrogel was synthesized according to Example 1 by changing the β-CD usage rate, the formaldehyde usage rate, and the reaction temperature.

(比較例1)
実施例1−1で得られたPVA水溶液10gに3wt%アルギン酸ナトリウム水溶液3.3g(PVA水溶液:3wt%アルギン酸ナトリウム水溶液=3:1(wt/wt))を加え、得られた溶液を10mLの注射器から10%塩化カルシウム水溶液上に滴下し、球状化した。球状ゲルは10wt%塩化カルシウム水溶液中で30〜60秒程度侵漬し、固液分離後、軽く水洗した。次いで、得られた球状ゲルをホルムアルデヒド80g/L、硫酸200g/L、硫酸ナトリウム150g/Lを含んだ水溶液100mLに投入し、80℃にて撹拌しながら90分間保った。固液分離後、水洗し、次いで、0.5%炭酸水素ナトリウム水溶液100mL中で1昼夜撹拌した。固液分離後、水洗して、球状PVA含水ゲルを得た。
(Comparative Example 1)
To 10 g of the PVA aqueous solution obtained in Example 1-1, 3.3 g of a 3 wt% sodium alginate aqueous solution (PVA aqueous solution: 3 wt% sodium alginate aqueous solution = 3: 1 (wt / wt)) was added. The solution was dropped from a syringe onto a 10% calcium chloride aqueous solution and spheroidized. The spherical gel was immersed in a 10 wt% calcium chloride aqueous solution for about 30 to 60 seconds, and after solid-liquid separation, lightly washed with water. Next, the obtained spherical gel was put into 100 mL of an aqueous solution containing 80 g / L of formaldehyde, 200 g / L of sulfuric acid, and 150 g / L of sodium sulfate, and kept at 80 ° C. for 90 minutes with stirring. After solid-liquid separation, it was washed with water, and then stirred in 100 mL of 0.5% aqueous sodium hydrogen carbonate solution for one day. After solid-liquid separation, it was washed with water to obtain a spherical PVA water-containing gel.

(比較例2)
微生物固定化用担体として市販されている商品名「クラゲール」((株)クラレ)を比較例2として使用した。クラゲールは、PVAとホルムアルデヒドを反応させて得られるPVA球状ゲルである。
(Comparative Example 2)
A trade name “Kragale” (Kuraray Co., Ltd.) marketed as a carrier for immobilizing microorganisms was used as Comparative Example 2. Kragale is a PVA spherical gel obtained by reacting PVA with formaldehyde.

上記各実施例及び比較例の比重、ヤング率の測定結果を表1に示した。

Figure 2012012582
Table 1 shows the measurement results of specific gravity and Young's modulus of each of the above Examples and Comparative Examples.
Figure 2012012582

(実施例37)
37−1 CDポリマーの合成
還流冷却器と滴下漏斗の備わった500mL三ツ口フラスコにβ−CD20.0g(0.018mol)、ジラウリン酸ジ-n-ブチル錫10滴、ジメチルホルムアミド(DMF)150mLを入れて、撹拌しながら溶解させた。フラスコ内の窒素置換を充分に行った後、29.6g(0.18mol)のヘキサメチレンジイソシアナート(HDI)を含むDMF(50mL)溶液をゆっくり滴下後、70℃で24時間撹拌した。反応が進行すると直ちに白色ポリマーが析出した。反応物をクロロホルム中に投じ3時間撹拌した後、残留物を吸引濾過し、60℃で真空乾燥してCDポリマーを得た。β−CDポリマーはボールミルにより75μm以下にまで粉砕して、粉末状にした。
(Example 37)
37-1 Synthesis of CD polymer A 500 mL three-necked flask equipped with a reflux condenser and a dropping funnel was charged with 20.0 g (0.018 mol) of β-CD, 10 drops of di-n-butyltin dilaurate, and 150 mL of dimethylformamide (DMF). And dissolved with stirring. After sufficiently replacing the nitrogen in the flask, a DMF (50 mL) solution containing 29.6 g (0.18 mol) of hexamethylene diisocyanate (HDI) was slowly added dropwise, followed by stirring at 70 ° C. for 24 hours. As soon as the reaction progressed, a white polymer precipitated. The reaction product was poured into chloroform and stirred for 3 hours, and then the residue was suction filtered and dried in vacuo at 60 ° C. to obtain a CD polymer. The β-CD polymer was pulverized to 75 μm or less with a ball mill to form a powder.

37−2 CD含有PVAゲル組成物の合成
実施例1−1と同様な方法で調製したPVA水溶液10gに上記で得られた粉末状CDポリマー0.16gを混合し、次いで、3wt%アルギン酸ナトリウム水溶液3.3g(PVA水溶液:3wt%アルギン酸ナトリウム水溶液=3:1(wt/wt))を加えた。得られた懸濁液を10mLの注射器を用いて10%塩化カルシウム水溶液上に滴下し、球状化した。得られた球状化ゲルは10wt%塩化カルシウム水溶液中で30〜60秒程度侵漬し、固液分離後、軽く水洗した。次いで、球状ゲルをホルムアルデヒド80g/L、硫酸200g/L、硫酸ナトリウム150g/Lを含む水溶液100mLに投入し、80℃にて3時間撹拌した。冷却後、固液分離し、水洗し、次いで、0.5%炭酸水素ナトリウム水溶液100mL中で1昼夜撹拌した。固液分離後、水洗して、β−CD含有PVA含水ゲル組成物を得た。
37-2 Synthesis of CD-containing PVA gel composition 10 g of PVA aqueous solution prepared in the same manner as in Example 1-1 was mixed with 0.16 g of the powdered CD polymer obtained above, and then 3 wt% aqueous sodium alginate solution. 3.3 g (PVA aqueous solution: 3 wt% sodium alginate aqueous solution = 3: 1 (wt / wt)) was added. The obtained suspension was dropped onto a 10% aqueous calcium chloride solution using a 10 mL syringe and spheroidized. The obtained spheroidized gel was immersed in a 10 wt% calcium chloride aqueous solution for about 30 to 60 seconds, and after solid-liquid separation, lightly washed with water. Next, the spherical gel was put into 100 mL of an aqueous solution containing 80 g / L of formaldehyde, 200 g / L of sulfuric acid, and 150 g / L of sodium sulfate, and stirred at 80 ° C. for 3 hours. After cooling, it was separated into solid and liquid, washed with water, and then stirred in 100 mL of 0.5% aqueous sodium hydrogen carbonate solution for one day. After solid-liquid separation, it was washed with water to obtain a β-CD-containing PVA water-containing gel composition.

(実施例38)
実施例37−1で得られた粉末状CDポリマー0.48gを使用した他は実施例37−2と同様に処理して、β−CD含有PVA含水ゲル組成物を得た。
(Example 38)
A β-CD-containing PVA water-containing gel composition was obtained in the same manner as in Example 37-2 except that 0.48 g of the powdered CD polymer obtained in Example 37-1 was used.

(実施例39−40)
実施例37−1で得られた粉末状CDポリマー0.64g(実施例39)および0・80g(実施例40)を使用し、実施例37−2と同様に処理して、それぞれβ−CD含有PVA含水ゲル組成物を得た。
(Examples 39-40)
The powdery CD polymer obtained in Example 37-1 was used in the same manner as in Example 37-2 using 0.64 g (Example 39) and 0.80 g (Example 40). A contained PVA water-containing gel composition was obtained.

<試験1> フェノールの取り込み試験
上記で得た実施例及び比較例の担体1.0gとフェノール水溶液(フェノール濃度500mg/L)5mLを50mL三角フラスコに入れ、ユニサーモシェーカーを用いて、25℃にて80rpmで振とうさせた。2時間もしくは24時間後、吸引濾過により担体と溶液を分離し、溶液中のフェノール濃度をガスクロマトグラフィーで測定した。結果を表2に示す。
<Test 1> Phenol uptake test 1.0 g of the carriers of Examples and Comparative Examples obtained above and 5 mL of an aqueous phenol solution (phenol concentration 500 mg / L) were placed in a 50 mL Erlenmeyer flask and heated to 25 ° C. using a Unithermo shaker. And shaken at 80 rpm. After 2 hours or 24 hours, the carrier and the solution were separated by suction filtration, and the phenol concentration in the solution was measured by gas chromatography. The results are shown in Table 2.

Figure 2012012582
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表2より、本発明のβ−CD含有PVA含水ゲルは、シクロデキストリンの包接作用に基づく、高いフェノール取り込み効果を示した。   From Table 2, the β-CD-containing PVA water-containing gel of the present invention showed a high phenol uptake effect based on the inclusion action of cyclodextrin.

<試験2> フェノール化合物の分解試験
2−1 微生物の固定化
上記で得た実施例1、比較例1及び比較例2の担体各々50gをフェノール分解菌培地500mL(培地組成:水1Lに対してKHPO10.49g、KHPO5.44g、MgSO・7HO0.05g、MnSO・4HO5.0mg、CaCl・2HO0.662mg、FeSO・7HO0.125mg、L−トリプトファン30mg、((NHSO2.00g及び炭素源としてブドウ糖7.21g、カザミノ酸0.5g、フェノール0.5gからなる)及び蒸留水100mLと共に三角フラスコに入れ、オートクレーブ(121℃、20分)で滅菌した。滅菌後、フェノール分解菌を接種し、ばっ気下、室温にて1ヶ月間培養し、フェノール分解菌を担体に付着させて微生物固定化(付着)担体を得た。フェノール分解菌はノボジャイムジャパン(株)提供のDC1002CGを用いた。
<Test 2> Phenol Compound Decomposition Test 2-1 Immobilization of Microorganism 50 g of each of the carriers obtained in Example 1, Comparative Example 1 and Comparative Example 2 obtained above was added to 500 mL of a phenol-degrading bacterial medium (medium composition: 1 L of water). K 2 HPO 4 10.49 g, KH 2 PO 4 5.44 g, MgSO 4 · 7H 2 O 0.05 g, MnSO 4 · 4H 2 O 5.0 mg, CaCl 2 · 2H 2 O 0.662 mg, FeSO 4 · 7H 2 O 0. 125 mg, L-tryptophan 30 mg, (consisting of (NH 4 ) 2 SO 4 2.00 g and 7.21 g glucose as a carbon source, 0.5 g casamino acid, 0.5 g phenol) and 100 mL distilled water in an Erlenmeyer flask, Sterilized in an autoclave (121 ° C, 20 minutes) After sterilization, inoculated with phenol-degrading bacteria and aerated at room temperature for 1 month Culturing, phenol-degrading bacteria to adhere to the carrier immobilizing microorganisms (adhesion) to obtain a carrier. Phenol degrading bacteria were used DC1002CG Novo Jai arm Japan Co. provided.

2−2 フェノール化合物の分解試験
2−1で得られたフェノール分解菌固定化(付着)担体各々を培地500mL(培地組成:水1Lに対してKHPO10.49g、KHPO5.44g、MgSO・7HO0.05g、MnSO・4HO5.0mg、CaCl・2HO0.662mg、FeSO・7HO0.125mg、L−トリプトファン30mg、((NHSO2.00g及び炭素源としてフェノール500mgからなる)に投入し、ばっ気下、室温にて培養した。所定時間毎に培養液をシリンジで1mL採取し、前処理ディスクにて除菌処理したサンプル液をガスクロマトグラフで測定し、残留フェノール濃度を追跡した。
2-2 Degradation test of phenolic compound Immobilization (adhesion) of phenol-degrading bacteria obtained in 2-1 each was 500 mL of medium (medium composition: 10.49 g of K 2 HPO 4 for 1 L of water, KH 2 PO 4 5 .44 g, MgSO 4 · 7H 2 O 0.05 g, MnSO 4 · 4H 2 O 5.0 mg, CaCl 2 · 2H 2 O 0.662 mg, FeSO 4 · 7H 2 O 0.125 mg, L-tryptophan 30 mg, ((NH 4 ) 2 1 mL of SO 4 and 500 mg of phenol as a carbon source), and cultured at room temperature under aeration.1 mL of the culture solution was collected with a syringe every predetermined time and sterilized with a pretreatment disk The sample solution was measured with a gas chromatograph and the residual phenol concentration was followed.

フェノールの分解試験結果を図3に示す。図3の結果から、本発明のβ−CD含有PVA含水ゲル(実施例1)からなるフェノール分解菌固定化(付着)担体は優れたフェノール分解作用を示し、48時間後にフェノール残留濃度が37ppb、60時間後では検出限界以下となった。一方、比較例1および比較例2の担体を用いた場合は、60時間後も50%以上のフェノールが残存していた。   The results of the phenol degradation test are shown in FIG. From the results shown in FIG. 3, the phenol-degrading bacterium-immobilized (adherent) carrier comprising the β-CD-containing PVA water-containing gel of the present invention (Example 1) showed an excellent phenol degrading action, and after 48 hours, the phenol residual concentration was 37 ppb, After 60 hours, it was below the detection limit. On the other hand, when the carriers of Comparative Examples 1 and 2 were used, 50% or more of phenol remained even after 60 hours.

<試験3> フェノール分解菌固定化担体の菌体量の比較
3−1 菌体DNAの抽出
試験例2−1で得られたフェノール分解菌固定化(付着)担体0.1gを秤量し、市販のDNA抽出キット(ISOILfor Beads Beating)を用い、プロトコールに従って菌体DNAを抽出した。
<Test 3> Comparison of the amount of phenol-degrading bacteria-immobilized carrier 3-1 Extraction of bacterial cell DNA 0.1 g of phenol-degrading bacteria-immobilized (attached) carrier obtained in Test Example 2-1 was weighed and marketed. Using the DNA extraction kit (ISOILfor Beads Beating), bacterial cell DNA was extracted according to the protocol.

3−2 菌体DNAの増幅
試験例3−1で得られた菌体DNAを用いて、16rRNA遺伝子を増幅させるためのプライマー(518Rと314F−GC)およびDNA原料となるdNTPの存在下で、タカラバイオ社製ExTaq DNAポリメラーゼにより、PCR反応を行った。なお、PCRの条件は下記のように設定した。
ステップ1:(95℃、3分)×1サイクル
ステップ2:(94℃、1分、55℃、1分、72℃、3分)×24サイクル
ステップ3:(72℃、10分)×1サイクル
3-2 Amplification of Bacterial DNA In the presence of primers (518R and 314F-GC) for amplifying the 16rRNA gene and dNTP as a DNA raw material, using the bacterial cell DNA obtained in Test Example 3-1. PCR reaction was performed using ExTaq DNA polymerase manufactured by Takara Bio Inc. The PCR conditions were set as follows.
Step 1: (95 ° C., 3 minutes) × 1 cycle Step 2: (94 ° C., 1 minute, 55 ° C., 1 minute, 72 ° C., 3 minutes) × 24 cycles Step 3: (72 ° C., 10 minutes) × 1 cycle

3−3 菌体量の比較
試験例3−2で得られたDNAを、1.8%アガロースゲルを用いて電気泳動を行った。次いで、2μg/ml濃度のエチジウムブロマイド溶液にゲルを浸して、エチジウムブロマイドをDNAに結合させた。DNA撮影装置(FujiFilm社製LAS−3000)を用いて、エチジウムブロマイドを励起しDNAの赤色蛍光を検出した。フェノール分解菌に基づく16rRNA遺伝子のバンドの濃度から付着菌体量を比較した。
3-3 Comparison of the amount of bacterial cells The DNA obtained in Comparative Test Example 3-2 was subjected to electrophoresis using a 1.8% agarose gel. Subsequently, the gel was immersed in an ethidium bromide solution having a concentration of 2 μg / ml to bind the ethidium bromide to DNA. Ethidium bromide was excited using a DNA imaging apparatus (LAS-3000 manufactured by FujiFilm) to detect red fluorescence of DNA. The amount of attached cells was compared from the concentration of the 16 rRNA gene band based on phenol-degrading bacteria.

菌体量の測定結果を表3に示した。表3の結果に示されるように、本発明のβ−CD含有PVAゲルは、比較例2の担体に比べて1.8倍量の菌体を付着できることが判明した。   The measurement results of the amount of cells are shown in Table 3. As shown in the results of Table 3, it was found that the β-CD-containing PVA gel of the present invention can attach 1.8 times the amount of cells compared to the carrier of Comparative Example 2.

Figure 2012012582
Figure 2012012582

<試験4> 浮遊汚泥量の比較
実施例22、17、31、36及び比較例1、2の担体を用いて、試験2と同様にフェノールの分解試験を行い、その際の浮遊汚泥量(MLSS)を調べた。浮遊汚泥量の測定はリアクターから培養液(懸濁液)を経時的にサンプリングし、下水試験法に準じて行なった。各例の経時の浮遊汚泥量を表4に示す。
<Test 4> Comparison of floating sludge amount Using the carriers of Examples 22, 17, 31, and 36 and Comparative Examples 1 and 2, a phenol degradation test was conducted in the same manner as in Test 2, and the amount of floating sludge (MLSS) at that time ). The amount of suspended sludge was measured according to the sewage test method by sampling the culture solution (suspension) over time from the reactor. Table 4 shows the amount of suspended sludge over time in each example.

Figure 2012012582
Figure 2012012582

表4から、本発明のCD含有PVAゲルからなる担体を使用することにより、浮遊汚泥の発生を1/2から1/3に低減することができることが分かった。浮遊汚泥の発生が減少するということは、余剰汚泥の低減につながり、排水処理においては非常に大きなメリットとなる。
From Table 4, it was found that by using a carrier comprising the CD-containing PVA gel of the present invention, the generation of floating sludge can be reduced from 1/2 to 1/3. The reduction in the generation of floating sludge leads to a reduction in excess sludge, which is a very significant advantage in wastewater treatment.

Claims (9)

ポリビニルアルコールをシクロデキストリンの共存下でホルムアルデヒドと反応させて得られ、ポリビニルアルコール中にシクロデキストリンが共有結合状態で存在する、シクロデキストリン含有ポリビニルアルコールゲル。   A cyclodextrin-containing polyvinyl alcohol gel obtained by reacting polyvinyl alcohol with formaldehyde in the presence of cyclodextrin, wherein cyclodextrin is present in a covalent bond state in polyvinyl alcohol. ポリビニルアルコールとシクロデキストリンの溶液を、高分子多糖類の存在下で金属イオンを含有する溶液と接触させてゲル化させ、次いで、ホルムアルデヒドと反応させて得られ、ポリビニルアルコール中にシクロデキストリンが共有結合状態で存在する、シクロデキストリン含有ポリビニルアルコールゲル。   A solution of polyvinyl alcohol and cyclodextrin is gelled by contacting with a solution containing metal ions in the presence of a high molecular weight polysaccharide, and then reacting with formaldehyde. The cyclodextrin is covalently bonded to polyvinyl alcohol. A cyclodextrin-containing polyvinyl alcohol gel present in a state. ポリビニルアルコール中に、シクロデキストリンとジイソシアネート化合物を反応させて得られるシクロデキストリンポリマーを分散させ、次いで、ホルムアルデヒドと反応させて得られる、シクロデキストリン含有ポリビニルアルコールゲル。   A cyclodextrin-containing polyvinyl alcohol gel obtained by dispersing a cyclodextrin polymer obtained by reacting cyclodextrin and a diisocyanate compound in polyvinyl alcohol and then reacting with formaldehyde. 前記ポリビニルアルコールの平均重合度が300〜30,000である、請求項1ないし請求項3のいずれかに記載のシクロデキストリン含有ポリビニルアルコールゲル。   The cyclodextrin-containing polyvinyl alcohol gel according to any one of claims 1 to 3, wherein the average degree of polymerization of the polyvinyl alcohol is 300 to 30,000. 前記ポリビニルアルコールの平均重合度が500〜10,000である、請求項1ないし請求項3のいずれかに記載のシクロデキストリン含有ポリビニルアルコールゲル。   The cyclodextrin-containing polyvinyl alcohol gel according to any one of claims 1 to 3, wherein the polyvinyl alcohol has an average degree of polymerization of 500 to 10,000. 請求項1ないし請求項5のいずれかに記載のシクロデキストリン含有ポリビニルアルコールゲルからなる、微生物固定化用担体。   A carrier for immobilizing microorganisms, comprising the cyclodextrin-containing polyvinyl alcohol gel according to any one of claims 1 to 5. 有機化合物を含有する排水に微生物固定化用担体を接触させて、前記排水中の有機化合物含有率を低減させる排水処理方法であって、
前記微生物固定化用担体が、請求項6に記載の微生物固定化用担体であることを特徴とする、排水処理方法。
A wastewater treatment method for reducing the organic compound content in the wastewater by bringing a carrier for immobilizing microorganisms into contact with wastewater containing an organic compound,
The method for wastewater treatment, wherein the microorganism-immobilizing carrier is the microorganism-immobilizing carrier according to claim 6.
前記有機化合物が芳香族化合物である、請求項7に記載の排水処理方法。   The wastewater treatment method according to claim 7, wherein the organic compound is an aromatic compound. 前記芳香族化合物がフェノール化合物である、請求項8に記載の排水処理方法。

The waste water treatment method according to claim 8, wherein the aromatic compound is a phenol compound.

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